KR20050059181A - 전기 자동차의 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

도로의 상황에 따라, 전기 자동차의 구동륜을 정확하게 선택할 수 있는 전기 자동차의 구동 장치를 제공한다. 4 륜 이상의 차륜을 갖는 전기 자동차에 있어서, 모든 차륜 (1 ∼ 4) 에 구동 및 회생 제동 가능한 구동용 모터 (5 ∼ 8) 을 장착하여, 차량의 주행 상태에 따라 복수의 차륜 (1 ∼ 4) 을 구동륜 또는 회생 제동륜으로 선택 한다.

Description

전기 자동차의 구동 장치{DRIVER OF ELECTRIC AUTOMOBILE}
본 발명은 구동용 모터를 장비한 전기 자동차에 사용되는, 특히 전기 자동차의 주행 상황에 따라 구동륜 또는 회생 (regenerative) 제동륜을 선택할 수 있도록 한 구동장치에 관한 것이다.
전기 자동차의 구동장치로서, 모든 차륜에 구동 모터를 구비하여, 각각의 차륜에 걸리는 하중에 따라 구동력을 제어하는 것이 가장 바람직하다. 즉, 각 차륜에 가해지는 하중에 비례하여 구동함으로서, 타이어와 노면과의 마찰력을 최대한 이용할 수 있어, 가속시의 스핀을 최소로 억제할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예를 도시하는 전기 자동차 구동 시스템의 구성도.
도 2 는 본 발명의 실시예를 도시하는 전기 자동차의 구동 기구의 개략도.
도 3 은 전기 자동차 구동용 모터의 효율 특성도.
도 4 는 전기 자동차에 가해지는 하중을 나타내는 개략도.
그러나, 전기 자동차의 모든 차륜의 구동에 있어서, 필요로 하는 구동력은 모든 차륜으로 분담하기 때문에 각 차륜의 모터의 출력은 비교적 작고, 특히 주행의 대부분을 차지하는 일반 주행시에 모터 출력은 최대 출력의 수분의 일 이어서, 모터를 효율이 나쁜 영역에서 사용할 수 밖에 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 상황을 감안하여 도로의 상황에 따라, 전기 자동차의 구동륜을 정확하게 선택할 수 있는 전기 자동차의 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서,
〔1〕4 륜 이상의 차륜을 갖는 전기 자동차에 있어서, 모든 차륜에 구동 및 회생 제동 가능한 구동용 모터를 장착하여, 주행 상태에 따라 복수의 차륜을 구동륜 또는 회생 제동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 한다.
〔2〕상기〔1〕기재의 전기 자동차 구동 장치에 있어서, 평탄로 및 오르막 주행 시에는 후륜이나 후륜 그룹을 구동륜으로 선택하며, 내리막 시에는 전륜 또는 전륜 그룹을 구동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 한다.
〔3〕상기〔1〕기재의 전기 자동차 구동 장치에 있어서, 선회 시에는 반경 방향 외측 차륜을 구동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 한다.
〔4〕상기〔1〕또는〔2〕기재의 전기 자동차 구동 장치에 있어서, 제동 시에는 모든 차륜을 회생 제동륜으로 선택하는 것을 특징으로 한다.
〔5〕상기〔3〕기재의 전기 자동차의 구동 장치에 있어서, 선회 시에는 반경 방향 내측의 차륜을 회생 제동륜으로 선택하는 것을 특징으로 한다.
〔6〕상기〔1〕또는〔2〕기재의 전기 자동차의 구동장치에 있어서, 구동륜을 선택하는 주행상태의 판단 정보로서 서스펜션의 스트로크량을 사용하는 것을 특징으로 한다.
〔7〕상기〔3〕기재의 전기 자동차의 구동 장치에 있어서, 선회 시의 판단 정보로서 핸들의 조타각 (steering angle) 을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예를 도시하는 전기 자동차의 구동 시스템의 구성도이며, 도 2 는 그 구동 기구의 개략도이다.
도 1 에는, 우측 전륜 (1) , 좌측 전륜 (2) , 우측 후륜 (3) , 좌측 후륜 (4) , 우측 전륜 구동용 모터 (5) , 좌측 전륜 구동용 모터 (6) , 우측 후륜 구동용 모터 (7), 좌측 후륜 구동용 모터 (8) , 우측 전륜 구동용 모터 (5) 에 접속되는 인버터 (9) , 좌측 전륜 구동용 모터 (6) 에 접속되는 인버터 (10) , 우측 후륜 구동용 모터 (7) 에 접속되는 인버터 (11) , 좌측 후륜 구동용 모터 (8) 에 접속되는 인버터 (12) , 인버터 (9) ∼ (12) 에 각각 접속되는 전지 (13) , 우측 전륜 스트로크 센서 (14) , 좌측 전륜 스트로크 센서 (15) , 우측 후륜 스트로크 센서 (16) , 좌측 후륜 스트로크 센서 (17) , 조타각 센서 (18) , 전후 감속도 센서 (19) , 각 센서 (14) ∼(19) 로 부터 정보를 수집하여 각 인버터 (9) ∼ (12) 를 제어하는 컨트롤러 (20) 가 도시되어 있다.
도 2 에는, 각 차륜 (21) , 각 차륜 (21) 에 배치된 브레이크 기구 (22) , 각 차륜 (21) 에 연결된 모터 (23) , 상부 아암 (24) , 하부 아암 (25) , 차체의 일부 (26, 차체측) , 하부 아암 (25) 과 차체의 일부 (26, 차체측) 사이에 배치된 스트로크 센서 (27) 가 도시되어 있다.
다음으로, 전기 자동차 구동용 모터의 효율 특성에 관해서 설명한다.
도 3 는 전기 자동차 구동용 모터의 효율 특성도이다.
도 3 으로 알수 있듯이, 모터, 감속 기어, 인버터를 포함한 전기 자동차의 총 효율은 최대 토크의 30 ∼ 40 % 의 영역에서 가장 높고, 토크가 감소될수록 효율은 저하하며, 특히 저 토크 영역에서 효율은 급격히 저하한다.
따라서, 효율이 좋은 영역에서 모터를 사용하기 위해서는 극저토크 영역에서의 사용을 피해야 한다.
본 발명에 따라 효율이 좋은 영역에서 구동용 모터를 사용하기 위해서, 차륜에 가해지는 하중 상태에 따라, 전륜 구동 또는 후륜 구동을 선택하여, 구동륜의 수를 1/2 로 한다. 즉, 모터의 구동 토크를 2 배로 하는 것에 의해, 주행의 대부분을 차지하는 일반 주행 시에 있어서도 모터 토크를 비교적 높은 값으로 유지하여, 모터를 보다 높은 효율 영역에서 사용할 수 있도록 한다.
또한, 동시에 2 륜 (또는 반수 차륜) 구동의 결점인 노면 마찰력의 이용율 저하를 방지하기 위해서, 전륜과 후륜 중 차륜 하중이 큰 측의 차륜 (또는 차륜 그룹) 을 구동륜으로서 선택하게 한다.
이하, 그 실시예를 상세히 설명한다.
도 4 는 전기 자동차에 가해지는 하중을 나타내는 개략도이다.
도 4 에 나타낸 바와 같이, 차량 총중량을 도면부호 "Wt" , 전륜 하중을 "Wf" , 후륜 하중을 "Wr" , 타이어와 노면의 마찰계수를 μ로 하여 후륜 구동의 경우를 생각하면, 최대 구동력은 Wr x μ에 의해서 제한된다. 또한, 노면 마찰력의 이용율은 Wr/Wt 이 된다. 따라서, 노면의 마찰력을 유효하게 이용하기 위해서는, 모든 차륜 중 차륜 하중이 큰 차륜을 선택하는 것이 바람직하다.
전기 자동차 차륜 하중의 검출에 관해서 설명한다.
전륜 및 후륜 하중은 항상 일정이 아니라, 노면 구배, 가속, 감속에 따라 변화한다. 그 변화 경향을 나타내면 표 1 과 같다.
오르막 내리막 가속 감속
전륜 하중 감소 증가 감소 증가
후륜 하중 증가 감소 증가 감소
상기 차륜 하중 변동 요인이 되는 노면 구배 또는 가속 및 감속을 검출하는 수단으로서, 속도 센서등 여러 가지의 센서를 사용하는 수단이 있지만, 각 차륜에 가해지는 하중 및 이 하중 변화를 정확히 검출하기 위해서는, 도 2 에 도시한 바와 같이, 차륜 서스펜션의 상하 변화량을 하부 아암 (25) 과 차체의 일부 (26, 차체측) 사이에 배치되는 스트로크 센서 (27) 로 검출하는 것이 가장 바람직하다. 서스펜션 스프링의 변형량은 차륜 하중에 비례하여 변화하기 때문에, 스트로크 센서 (27) 로 서스펜션의 상하 변화를 측정함으로써, 차륜 하중을 정확히 검출할 수 있다. 구체적으로, 도 1 에 도시된 우측 전륜 스트로크 센서 (14) , 좌측 전륜 스트로크 센서 (15) , 우측 후륜 스트로크 센서 (16) , 좌측 후륜 스트로크 센서 (17) 로 각 차륜의 상하 변화를 측정함으로써, 각 차륜 하중을 정확히 검출하여, 그 검출치를 컨트롤러 (20) 에 보내어, 컨트롤러 (20) 의 출력 신호에 의해, 인버터 (9) ∼ (12) 를 제어하여, 각 차륜 (1) ∼ (4) 에 장착된 구동용 모터 (5) ∼ (8) 가 적절한 구동을 할 수 있다.
따라서, 대응 차륜 하중에 따라 모터는 효율이 높은 구동을 할 수 있다.
다음으로, 전기 자동차의 회생 브레이크에 관해서 설명한다.
회생 브레이크는 구동용 모터 (5) ∼ (8) 를 발전기로 작용시켜, 발전한 전기를 전지 (13) 에 보냄으로써, 전지 (13) 를 부하로 하는 것으로 브레이크를 거는 것이다.
따라서, 회생 브레이크가 충분히 작용하는가 아닌가는 전지 (13) 의 방전량에 따라 다르고, 전지 (13) 가 완전 충전 상태에 가까울 시에, 전지 (13) 는 그 이상의 전기를 비축하는 것이 어렵기 때문에, 충분한 회생 브레이크를 작용시킬 수 없다.
전지 (13) 가 2 계통으로 분할되어 있는 경우, 각각의 계통에 따라서 전지 (13) 의 방전 상태가 다르기 때문에, 모든 구동륜에 회생 브레이크를 작용시켜, 각각의 충전 상태에 따라 에너지를 회수하는 것이, 에너지 회수에 있어서 가장 바람직하다.
본 발명에 따르면, 노면 구배에 따라 전륜 또는 후륜의 어느 하나를 구동륜으로서 선택할 수 있도록 하고 있기 때문에, 노면 마찰을 유효하게 이용할 수 있으며, 또한 모터를 효율이 좋은 중 토크 영역에서 사용할 수 있다.
회생 제동력의 크기는 전원 전지의 방전 심도 (depth of discharge) 에 따라 대폭 제한되는 문제가 있지만, 본 발명에 따라 모든 차륜을 회생 제동륜으로 하는 것에 의해, 보다 효율적으로 에너지를 회수할 수 있다.
또한, 본 발명은 조타각 센서 (18) 의 출력에 따라서, 선회시에 반경 방향 외측의 차륜을 구동륜으로 하며, 내측의 차륜을 회생 제동륜으로서 선택함으로써, 부드럽게 선회 할 수 있다.
또한, 선회시에 반경 방향 내측의 차륜에 회생 제동을 가하는 것으로, 보다 급격한 선회도 가능하게 된다.
이와 같이, 4 륜 이상의 차륜을 갖는 전기 자동차에 있어서, 그 모든 차륜에 구동 및 회생 제동 가능한 구동용 모터를 설치하는 동시에, 주행 상태에 따라 그 차륜 중에서 구동륜 및 회생 제동륜을 선택할 수 있도록 하였다. 보다 구체적으로 말하면,
(1) 노면 구배에 따라 구동륜을 전륜 또는 후륜중 어느 하나로 선택 한다.
(2) 선회시, 외측 차륜을 구동륜으로, 내측 차륜을 회생 제동륜으로 선택 한다. 요컨대, 노면 구배 또는 선회 방향에 따라 구동륜 또는 회생 제동륜을 선택하는 시스템이며, 노면 마찰의 이용 효율 및 주행 안정성의 점에서 이점을 갖는다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 따라서 여러 가지의 변형이 가능하기 때문에 이들을 본 발명의 범위로부터 배제하지 않는다.
이상으로 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 이하와 같은 효과를 제공한다.
(A) 오르막 또는 평탄로 주행시에는, 노면 구배 또는 가속도로 인해 하중이 커지는 후륜을 구동륜으로서 선택함으로써, 또한 내리막 시에는 노면 구배로 인해 하중이 커지는 전륜을 선택함으로써, 효율이 좋은 영역에서 모터를 사용할 수 있고, 충분한 구동력을 얻을 수 있다.
(B) 또한, 모든 차륜을 회생 제동륜으로서 이용함으로써, 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.
(C) 또한, 선회시 반경 방향 외측의 차륜을 구동륜으로 하는 것에 의해, 부드럽게 선회할 수 있으며, 또한 내측 차륜에 회생 제동을 가하면, 보다 작은 회전 반경으로 선회가 가능하게 된다.
(D) 또한, 서스펜션의 스트로크량을 사용하면, 노면 구배를 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 선회의 방향 및 크기 등의 선회 정보는 핸들의 조타각을 사용하여 용이하게 검출할 수 있다.
본 발명은 전기 자동차의 구동장치에 적합하며, 우수한 효율 영역에서 모터를 사용하여 충분한 구동력을 얻는 구동 기구를 제공한다.

Claims (7)

  1. 4 륜 이상의 차륜을 갖는 전기 자동차로서, 모든 차륜에 구동 및 회생 제동 가능한 구동용 모터를 장착하고, 차량의 주행 상태에 따라, 상기 차륜 중에서 복수의 차륜을 구동륜 또는 회생 제동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 평탄로 및 오르막 주행시에는 후륜 또는 후륜 그룹을 구동륜으로 선택하며, 내리막 시에는 전륜 또는 전륜 그룹을 구동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 선회시에는 반경 방향 외측의 차륜을 구동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제동시에 모든 차륜을 회생 제동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 선회시에 반경 방향 내측의 차륜을 회생 제동륜으로서 선택하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구동륜을 선택하는 주행 상태의 판단 정보로서 서스펜션의 스트로크량을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 선회시의 판단 정보로서 핸들의 조타각을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 구동 장치.
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